Shifting DNA markings

Shifting DNA markings

Markings on the DNA help plant cells ‘remember’. Who they are. In what developmental stage they are. Their environment. Now a new study in Communications Biology by Chinese researchers shows that during the early stages of embryo development these DNA marks shift frequently.

Epigenetic regulation is the regulation of gene expression by making the DNA. This can occur at two different levels. The first is direct attachment of a methyl marker to the DNA. The second occurs by leaving a mark on the histone proteins around which DNA is wrapped. Both types of markings make the DNA more, or less, accessible.

Together these markings help the cell ‘remember’ which type of cell it is. With ‘remembering’ at what stage of developmental development the plant of which the cell is part of is in. And with ‘remembering’ what kind of environmental stresses the plant came across. This ‘remembering’ happens through making parts of the genome accessible and by blocking others.

Embryo development

Most of the time these markings remain relatively stable, as not much is changing in the life of the plant. But sometimes changes are followed rapidly. One of those is during the early stages of embryo development. The stadia between a just fertilized egg and the differentiation into specific cell types follow in quick succession.

Up till now, due to difficulties isolating developing embryos, all studies looking at how the markings on the DNA change during embryo development have only looked at later stages of this development. Over the early stages, in which cells differentiate from a totipotent cell, all options open, into a specific cell type, only one option remains, little is known how the markings change. The researchers of this new study decided to change that. They were in particular interested in the directly to the DNA attached methyl markings.

By looking at five different early stages of developing tale cress, Arabidopsis, embryos, they found that during the early development markings changed location time and again. Showing that the cells get assigned different tasks at each stage. The researchers found by looking at the genes that are active at each stage of the development, that the changes of the markings correspond to the changes in which genes are active.

Equal markings

Lastly, they looked at it mattered for the DNA that got marked if it came from mum or dad. They did this by using parents who are genetically different from each other. For each difference in the DNA they looked if there was a marking and if this marking was on the DNA strand coming from mum or from dad. Finding that the DNA of mum is just as often marked as the DNA coming from dad.

So, in summary, the makings on the DNA that allow genes to be accessed or not, change rapidly during the early stages of embryo development, and corresponds with which genes are active and which not. This is a general feature, and not so much dictated by if a DNA strand is coming from mum or dad.

Literature

Wang, W., Huang, Y., Hou, C. et al. DNA methylation remodeling reveals epigenetic regulation of early embryogenesis in Arabidopsis hybrid. Commun Biol (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10245-5

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Veranderende DNA-markeringen

Veranderende DNA-markeringen

Markeringen op het DNA helpen cellen met ‘herinneren’. Wie ze zijn. In welk ontwikkelingsstadia ze zitten. Hun omgeving. Nu laten Chinese onderzoekers in een nieuwe studie zijn dat tijdens de vroege stadia van embryo ontwikkeling deze DNA-markeringen regelmatig veranderen.

Epigenetische regulatie is de regulatie van genexpressie via het markeren van het DNA. Dit kan op twee verschillende manieren. De eerste is door het DNA direct te voorzien van een methyl marker. De tweede door een markering achter te laten op de histon eiwitten waarom het DNA gewikkeld zit. Beide type markeringen maken het DNA minder of juist beter toegankelijker.

Samen helpen deze markeringen de cel met het ‘herinneren’ wat voor type cel het is. Met het ‘herinneren’ in welk stadium van ontwikkeling de plant is waar de cel onderdeel van is. En met het ‘herinneren’ van wat voor soorten omgevingsstress de plant is tegengekomen. Dit ‘herinneren’ gebeurt door delen van het genoom toegankelijk te maken en door het blokkeren van andere delen.

Embryo ontwikkeling

Meestal zijn deze markeringen relatief stabiel, omdat er niet veel veranderd gedurende het leven van de plant. Maar soms volgen veranderingen elkaar snel op. Een van die perioden is tijdens de vroege stadia van embryo ontwikkeling. De stadia tussen wanneer de eicel net is bevrucht en het differentiëren van de cellen volgen elkaar snel op.

Tot nu toe, vanwege moeilijkheden met het isoleren van ontwikkelende embryo’s, keken alle studies die keken naar hoe de markeringen op het DNA veranderen naar de latere stadia van embryo-ontwikkeling. Over de veranderingen van de markeringen tijdens de vroege stadia, waarin de cellen differentiëren van een totipotente cel waarvan alle opties openliggen, in een specifiek celtype die een taak heeft, is weinig bekend. Daar besloten de onderzoekers van deze nieuwe studie verandering in te brengen. Ze waren vooral geïnteresseerd in de direct op het DNA zittende methyl markeringen.

Door naar vijf vroege stadia van ontwikkelende zandraket, Arabidopsis, embryo’s te kijken, zagen de onderzoekers dat tijdens de vroege ontwikkeling de markeringen telkens van plank veranderden. Dit laat zien dat in elk stadia de cellen een ander taak toebedeeld krijgen. De onderzoekers vonden door te kijken naar welke genen actief waren in elk stadia, dat de veranderingen van de markeringen correspondeert met de veranderingen van gen activiteit.

Gelijke markering

Als laatste keken de onderzoeker of het uitmaakte of het DNA dat gemarkeerd werd van mama of papa afkomstig was. Dit deden ze door ouders te gebruiken die genetisch van elkaar verschilde. Voor elk verschil in het DNA keken de onderzoekers of er een markering was en of deze markering op de DNA streng afkomstig van mama of papa zat. Ze vonden dat het DNA afkomstig van mama net zo vaak gemarkeerd werd als het DNA afkomstig van papa.

Dus samengevat, veranderen de markeringen op het DNA die ervoor zorgen of een gen afgelezen kan worden regelmatig tijdens de vroege embryo ontwikkelingsstadia, en dat dit correspondeert met welke genen actief zijn en welke niet. En dat dit een algemeen iets is, niet iets dat wordt bepaald door of de DNA streng van mama of papa afkomstig is.

Literatuur

Wang, W., Huang, Y., Hou, C. et al. DNA methylation remodeling reveals epigenetic regulation of early embryogenesis in Arabidopsis hybrid. Commun Biol (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10245-5

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.

Hooked hairs

Hooked hairs

Sometimes when you look closely at something, you see something new. That is what a group of American researchers found when they looked closely at bean seedlings. In Science Advances they report about the up until now unknown hooked hairs on these seedlings.

Plants have hairs, all over their body. Roughly speaking these can be grouped into trichomes for the hairs on the above ground tissue and root hairs for those on the below ground tissue. And where root hairs are straight, trichomes can come in multiple shapes and forms. But recently an in between hair was observed in bean seedlings. This hair forms on the seedling root, before any root hairs form. And in contrast to the regular root hairs, this hair forms a hook with its tip, as if it wants to anchor itself in the soil. Now the researchers wanted to know more about this hooked hair.

How do they form?

The first thing the researchers did was looking more closely at its development. Finding that hooked hairs develop during the first three days after germination. For reference known root hairs don’t start developing till ten days after germination. Hooked hairs start out as bulges, like bubbles on outer root cells. They then stretch out, and in the end, they form a hook. This hook always looks the same and are oriented in the same direction.

How much hooked hairs stretch themselves that, the researchers noted, depends on the amount of phosphorus and nitrogen in the soil. Is there less present, then the hooked hairs stretch out more. Together this suggests that hooked hairs are not only different from root hairs, but also from trichomes.

Is it really a new cell type?

Nowadays researchers realise that cells not only can be grouped together on how they look like, but also on what genes are active. Therefore to confirm the observational suggestion, the researchers looked at the active genes in trichomes, root hairs, and hooked hairs. Using a technique called single cell transcriptomics, the researchers then looked at the active genes in individual cells.

In this way they could see that cells forming trichomes could be clustered in one group based on the active genes, and cells forming root hairs in two other groups. Then the researchers focussed on the genes active in hooked hairs and found that they clustered together in a separate group, for which up until now it was unknown to which cell type they belonged.

Looking more closely at the active genes, the researchers found that genes encoding for proteins involved in transporting molecules like nutrients and water across membranes were especially active. Suggesting that this might be the main function of hooked hairs.

Helping with nutrient uptake

To confirm this the researchers checked if known processes related to nutrient and water uptake occurred during nutrient limitation. In case of both phosphorus and nitrogen shortage, hooked hairs responded with taking measures that enhances nutrient uptake. This suggests that they indeed are involved in in nutrient uptake. The researchers also found that hooked hairs produce a specialized barrier that plays a role in nutrient and water retention.

One of the benefits of root hairs is that they enlarge the surface for nutrient and water uptake. This study shows that although hooked hairs are a different cell type, they provide the same functional service at a tricky time at the bean’s development. By being there, they enhance the chance of a good start.

This research also shows that non-model organisms can have unique adaptations. These we overlook if they are not studied. This especially in the case of crops might prevent breeders from using these unique adaptations for developing robust crops. Afterall, what is unknown cannot be used.

Literature

Sergio Alan Cervantes-Pérez et al., Hooked hairs: A cellular key adaptation aiding seedling survival in nutrient-limited and drought conditions. Sci. Adv. 12, eadz6873 (2026). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz6873

Thanks for reading.
If you like what you read, support me with on of the following actions

🍵 Buy me a tea

Follow me on LinkedIn or BlueSky
Share it with a friend or co-worker
Singing up to my newsletter so my next blog lands directly in your inbox

Gehaakte haren

Gehaakte haren

Soms wanneer je goed naar iets kijkt zie je iets nieuws. Dat is wat een groep Amerikaanse onderzoekers ontdekte toen ze nog eens goed naar bonen zaailingen keken. In Science Advances vertellen ze over de tot nu toe onbekende gehaakte haren.

Planten hebben haren, over hun hele lichaam. Grofweg kun je deze opsplitsen in twee groepen, trichomen, voor de haren op bovengronds weefsel, en wortelharen voor de haren op ondergronds weefsel. Maar recent een soort van tussen haar was ontdekt op bonen zaailingen. Deze haar ontwikkelt zich op de wortel van de zaailing, voordat er wortelharen zijn. En in contrast met gewone wortelharen, vormen deze haren een haak, alsof het zichzelf vast wil haken in de grond. Nu wilde de onderzoekers meer weten over deze gehaakte haren.

Hoe vormen ze zich?

Het eerste dat de onderzoekers deden was nauwkeurig kijken naar de ontwikkeling. Zo zagen ze dat gehaakte haren zich ontwikkelde gedurende de eerste drie dagen na ontkieming. Ter referentie, bekende wortelharen ontwikkelen zich pas tien dagen na ontkieming. Gehaakte haren beginnen als bobbels, zoals bubbels, op de buitenste wortelcellen. Dan strekken ze zich uit, om uiteindelijk een haak te vormen. Deze haak ziet er altijd hetzelfde uit, en haakt altijd dezelfde richting op.

Hoeveel de gehaakte haren zich uitstrekken, dat merkte de onderzoekers op, is afhankelijk van de hoeveelheid fosfaat en stikstof in de grond. Is er minder aanwezig, dan strekken de gehaakte haren zich meer uit. Samen suggereert dit dat gehaakte haren niet alleen verschillend zijn van wortelharen, maar ook van trichomen.

Is het echt een nieuw celtype?

Tegenwoordig realiseren onderzoekers zich dat cellen niet alleen op basis van hun uiterlijk, maar ook op basis van hun actieve genen gegroepeerd kunnen worden. Om de op observaties gebaseerde suggestie te bevestigen, keken de onderzoekers naar de actieve genen in trichomen, wortelharen en gehaakte haren. Met behulp van een techniek genaamd enkele cel transcriptie keken de onderzoekers vervolgens naar de actieve genen in individuele cellen.

Op deze manier konden ze zien dat trichoomcellen in een groep clusterde, en wortelhaarcellen in twee andere groepen clusterde. Vervolgens keken de onderzoekers naar de genen actief in gehaakte cellen en zagen dat die samen clusterde in weer een andere groep. Een waarvan tot nu toe onbekend was tot welk celtype ze behoorde.

Na de actieve genen nog eens goed te hebben bestudeerd viel het de onderzoekers op dat genen coderend voor eiwitten betrokken bij de membraantransportatie van voedingstoffen en water voornamelijk actief waren. Dit suggereert dat dit waarschijnlijk de hoofdzakelijke functie van gehaakte haren is.

Helpt bij voedingstoffen opnamen

Om dit te bevestigen gingen de onderzoekers na of bekende processen gerelateerd aan de opnamen van voedingstoffen en water ook daad werkelijk plaatsvonden. In het geval van zowel een fosfaat als een stikstof tekort, reageerde de gehaakte haren met maatregelen om deze voedingstoffen makkelijker op te nemen. Dit geeft aan dat ze bij voedingstoffen opnamen betrokken zijn. De onderzoekers vonden ook dat gehaakte haren een gespecialiseerde barrière vormde die een rol heeft in het behouden van voedingstoffen en water.

Een van de voordelen van wortelharen is dat ze de oppervlakte vergroten waarover voedingstoffen kunnen worden opgenomen. Deze studie laat zien dat alhoewel gehaakte haren een ander celtype zijn, deze een gelijke functie vervullen tijdens een lastige tijd van de ontwikkeling van de boon. Door er te zijn vergroten ze de kans op een goede start.

Dit onderzoek laat ook zien dat niet-model organismen unieke aanpassingen kunnen hebben. Deze zien we over het hoofd als we ze niet bestuderen. Dit is vooral een ding in het geval van gewassen, waar het veredelaars verhinderd om gebruik te maken van deze unieke aanpassingen voor het ontwikkelen van weerbare rassen. Tenslotte, wat onbekend is kan niet worden gebruikt.

Literatuur

Sergio Alan Cervantes-Pérez et al., Hooked hairs: A cellular key adaptation aiding seedling survival in nutrient-limited and drought conditions. Sci. Adv. 12, eadz6873 (2026). https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz6873

Bedankt voor het lezen
Vond je het interessant, overweeg dan een van de volgende acties

🍵 Buy me a tea

Volg me op LinkedIn of BlueSky
Stuur het door aan een vriend of collega
Abonnneer je op m’n nieuwsletter zodat de volgende automatisch in je inbox verschijnt.